本篇文章我们来了解一下Diff算法的实现过程。
相关概念
React中的各种节点
假设当前存在一个DOM节点,触发了一次更新,那么在协调的过程中,会有四种节点和该节点相关联:
- 该
DOM节点
本身。 -
workInProgress fiber
,更新过程中产生的workInProgress Tree中的fiber节点(即current
fiber.alternate)。 -
current fiber
,在页面中已经渲染了的DOM节点对应的fiber节点(即workInProgress fiber.alternate,也就是上一次更新中产生的workInProgress fiber)。 -
ReactElement
,更新过程中,ClassComponent的render方法或FunctionComponent的调用结果。ReactElement中包含描述DOM节点的信息。
Diff算法可以理解为更新的过程中产生了新的ReactElement, 在f协调过程中将ReactElement与对应的current fiber进行对比后, 产生了workInProgress fiber。
双缓冲机制
双缓存 (opens new window)机制是一种在内存中构建并直接替换的技术。在render的过程中就使用了这种技术。
在React中同时存在着两棵fiber tree
。一棵是在屏幕上显示的dom对应的fiber tree,称为current fiber tree
,而还有一棵是当触发新的更新任务时,React在内存中构建的fiber tree,称为workInProgress fiber tree
。
current fiber tree
和workInProgress fiber tree
中的fiber节点通过alternate属性进行连接。
currentFiber.alternate === workInProgressFiber;
workInProgressFiber.alternate === currentFiber;
React应用的根节点中也存在current属性,利用current属性在不同fiber tree的根节点之间进行切换的操作,就能够完成current fiber tree与workInProgress fiber tree之间的切换。
在协调阶段,React利用diff算法
,将产生update的React element
与current fiber tree
中的节点进行比较,并最终在内存中生成workInProgress fiber tree。此时Renderer会依据workInProgress fiber tree将update渲染到页面上。同时根节点的current属性会指向workInProgress fiber tree,此时workInProgress fiber tree就变为current fiber tree。
effectTag
effectTag正是用于保存要执行DOM操作的具体类型的。
effectTag通过二进制表示:
//...
// 意味着该Fiber节点对应的DOM节点需要插入到页面中。
export const Placement = /* */ 0b000000000000010;
//意味着该Fiber节点需要更新。
export const Update = /* */ 0b000000000000100;
export const PlacementAndUpdate = /* */ 0b000000000000110;
//意味着该Fiber节点对应的DOM节点需要从页面中删除。
export const Deletion = /* */ 0b000000000001000;
//...
Diff的瓶颈
在React官网的协调一文提到:
在某一时间节点调用 React 的
render()
方法,会创建一棵由 React 元素组成的树。在下一次 state 或 props 更新时,相同的render()
方法会返回一棵不同的树。React 需要基于这两棵树之间的差别来判断如何高效的更新 UI,以保证当前 UI 与最新的树保持同步。此算法有一些通用的解决方案,即生成将一棵树转换成另一棵树的最小操作次数。然而,即使使用最优的算法,该算法的复杂程度仍为 O(n 3 ),其中 n 是树中元素的数量。
React如何解决Diff的瓶颈
React 在以下三个假设的基础之上提出了一套 O(n) 的启发式算法:
- 只对同级元素进行Diff;
- 两个不同类型的元素会产生出不同的树;
- 开发者可以通过设置 key 属性,来告知渲染哪些子元素在不同的渲染下可以保存不变;
React Diff 的实现
React Diff的入口函数为reconcileChildren
,reconcileChildren
内部会通过current === null 区分当前fiber节点是mount还是update,再分别执行不同的工作:
export function reconcileChildren(current: Fiber | null,workInProgress: Fiber,nextChildren: any,renderLanes: Lanes
) {if (current === null) {// 对于mount的组件workInProgress.child = mountChildFibers(workInProgress,null,nextChildren,renderLanes,);} else {// 对于update的组件workInProgress.child = reconcileChildFibers(workInProgress,current.child,nextChildren,renderLanes,);}
}
mountChildFibers
与reconcileChildFibers
的都是通过ChildReconciler生成的。
export const reconcileChildFibers = ChildReconciler(true);
export const mountChildFibers = ChildReconciler(false);
他们的不同点在于shouldTrackSideEffects
的参数的值不一样,shouldTrackSideEffects
为true时会为生成的fiber节点收集effectTag
属性,反之不会进行收集effectTag
属性。
function ChildReconciler(shouldTrackSideEffects) {//...function reconcileChildrenArray(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChildren: Array<*>,lanes: Lanes,): Fiber | null {//...}function reconcileChildrenIterator(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChildrenIterable: Iterable<*>,lanes: Lanes,): Fiber | null {//...}function reconcileSingleTextNode(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,textContent: string,lanes: Lanes,): Fiber {//...}function reconcileSingleElement(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,element: ReactElement,lanes: Lanes,): Fiber {//...} function reconcileSinglePortal(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,portal: ReactPortal,lanes: Lanes,): Fiber {//...} // This API will tag the children with the side-effect of the reconciliation// itself. They will be added to the side-effect list as we pass through the// children and the parent.function reconcileChildFibers(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChild: any,lanes: Lanes,): Fiber | null {//...} return reconcileChildFibers;
}
ChildReconciler
内部定义了许多协调相关的函数,并将reconcileChildFibers
作为函数的返回值。也就是说ChildReconciler
内部定义reconcileChildFibers
才是React Diff真正的入口函数。reconcileChildFibers
内部会根据newChild
(即新生成的ReactElement
)的类型和$$typeof
属性调用不同的处理函数。
// 根据newChild进入不同Diff函数处理
function reconcileChildFibers(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChild: any,
): Fiber | null {//...if (typeof newChild === 'object' && newChild !== null) {// object类型,可能是 REACT_ELEMENT_TYPE 或 REACT_PORTAL_TYPEswitch (newChild.$$typeof) {case REACT_ELEMENT_TYPE:// 调用 reconcileSingleElement 处理// ...}}if (typeof newChild === 'string' || typeof newChild === 'number') {// 调用 reconcileSingleTextNode 处理// ...}if (isArray(newChild)) {// 调用 reconcileChildrenArray 处理// ...}if (getIteratorFn(newChild)) {// 调用 reconcileChildrenIterator处理// ... }// ...// 如果以上分支都没有命中,则删除节点return deleteRemainingChildren(returnFiber, currentFirstChild);
}
我们可以根据newChild
中节点的数量把Diff分为两种类型:
- 当newChild只有一个节点,也即newChild类型为object、number、string时,我们会进入单节点的Diff
- 当newChild有多个节点,也即类型为Array时,进入多节点的Diff
单节点的Diff
单节点指的是newChild
为单一节点,但此节点在current fiber tree中对应的层级具有多少个节点我们是不确定的,因此我们可以根据此节点在current fiber tree中对应的层级的节点数量分为三种场景:
- 对应层级存在单个旧节点
旧: A
新: A'
- 对应层级存在多个旧节点
旧: A -> B -> C
新: A'
- 对应层级无旧节点
旧: null
新: A'
场景1和场景2我们可以归为一类(即在当前层级中,current fiber在sibling方向的链表中至少存在一个节点),场景3单独为一类(当前层级无current fiber节点)。
当前层级的current fiber在sibling方向的链表不为空
此时我们需要循环遍历当前层级在sibling
方向的链表的所有current fiber
节点,判断是否可以复用(key相同且type相同)当前层级的current fiber
节点的stateNode(即复用fiber节点对应的DOM节点),可以则以current fiber
作为副本生成workInProgress fiber
。当前层级所有的current fiber
节点都无法复用时,直接生成一个新的fiber节点作为workInProgress fiber
。
当前层级的current fiber在sibling方向的链表为空
由于不存在对应的current fiber
节点,所以直接生成一个新的fiber节点作为workInProgress fiber
。
reconcileSingleElement
的具体实现
function reconcileSingleElement(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,element: ReactElement,lanes: Lanes,
): Fiber {const key = element.key;let child = currentFirstChild;//循环遍历当前这一层级的current fiber节点while (child !== null) {if (child.key === key) {// key相同, 判断当前 current fiber.elementType 是否等于 ReactElement.typeswitch (child.tag) {//...default: {if (child.elementType === element.type) {// type相同,表示可以复用当前fiber节点, 由于是单节点,所以如果当前节点存在兄弟节点, 需要给兄弟节点打上Deletion effectTag(删除兄弟节点)deleteRemainingChildren(returnFiber, child.sibling);// 构造workInProgress fiber节点,构造过程中会复用当前fiber节点的stateNode, 即复用DOM对象const existing = useFiber(child, element.props);existing.ref = coerceRef(returnFiber, child, element);existing.return = returnFiber;return existing;}break;}}// key相同但type不相同,则找到了当前节点在上次更新时对应的节点,但两个节点的type已经不一致,并且后续节点也没有可能进行复用,所以删除当前current fiber节点以及节点的剩余兄弟节点deleteRemainingChildren(returnFiber, child);break;} else {// key不一致则给当前current fiber节点打上Deletion effectTag,删除当前节点,并继续往下一个兄弟节点遍历,尝试匹配deleteChild(returnFiber, child);}child = child.sibling;}//DOM节点不可复用 新建fiber作为ReactElement对应的WorkInProgress Fiberconst created = createFiberFromElement(element, returnFiber.mode, lanes);created.ref = coerceRef(returnFiber, currentFirstChild, element);created.return = returnFiber;return created;
}
注意,在为current fiber
节点不匹配并打上Deletion effectTag
时, 会同时将其添加到父节点的effectList
中(正常effectList的收集是在completeWork
中进行的, 但是被删除的节点会脱离fiber
树, 无法进入completeWork
的流程, 所以在beginWork
阶段提前加入父节点的effectList);
多节点的Diff
当newChild
为多节点时,以下的几种场景中会触发多节点的Diff。
- 节点更新
//节点属性发生变更;
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<div key="a" className="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//节点的类型发生变更;
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<span key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>
- 节点的数量发生改变;
//删除节点
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<div key="a">a</div>//新增节点
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>
<div key="d">d</div>
<div key="e">e</div>
- 节点的位置发生改变;
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>
<div key="e">e</div>//新
<div key="a">a</div>
<div key="c">c</div>
<div key="b">b</div>
<div key="e">e</div>
我们在reconcileChildFibers
的分析中可以看到,React使用两个函数reconcileChildrenArray
(针对数组类型)和reconcileChildrenIterator
(针对可迭代类型)来进行多节点的diff,我们重点看看reconcileChildrenArray
。
function reconcileChildrenArray(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChildren: Array<*>,lanes: Lanes,
): Fiber | null {//...
}
其中参数currentFirstChild
指的是current fiber tree
在该层级中的第一个fiber,通过 fiber.sibling
我们可以得到一条从左到右串联currentFirstChild
在当前层级的所有fiber
节点的链表,我们使用oldFiber
来表示这条链表。
参数newChildren
是一个数组,包含了当前层级的所有ReactElement
对象。
reconcileChildrenArray
会对比这两个序列之间的差异,并生成workInProgress fiber tree
在当前层级的fiber
节点链表,并使用resultingFirstChild
作为头节点。对比的过程会经历两轮的遍历。
第一轮遍历
遍历比较
newChildren
与oldFiber
,判断DOM节点是否可复用。如果可复用,则复用
oldFiber
生成newFiber
并加入到以resultingFirstChild
作为头节点的序列(后续我们使用newFiberList
表示此序列)中,两个序列都跳到下一个节点。
3.如果不可复用,分两种情况进行处理:
- 若key不一致,则立即终止第一轮遍历。
- 若key相同但type不同,则删除当前oldFiber节点,生成新的fiber节点加入到
newFiberList
中,两个序列都跳到下一个节点,继续遍历。
- 当两个序列中的任意一个序列完成遍历(即
newIdx >= newChildren.length - 1 || oldFiber.sibling === null
),则结束第一轮遍历。
第二轮遍历
第一轮遍历后,会产生四种结果。
oldFiber
与newChildren
都完成遍历了
此时本轮diff已经完成了。这种情况是最理想的情况,只需要进行第一轮遍历中对应的更新操作。
oldFiber
遍历完了,但newChildren
还没遍历完。
假设newFiberList
中所有节点都可以是可以直接复用的,那么当前场景和我们之前讨论过的新增节点的场景是一致的。
//新增节点
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>
<div key="d">d</div>
<div key="e">e</div>
这意味着未遍历完的newChildren
节点都是新增的,我们需要遍历剩下的newChildren
,生成对应的workInProgress fiber
并标记上Placement。
此处只是假设第一轮遍历中所有加入到
newFiberList
的节点都是可以复用的,便于大家理解,但前面我们有分析过,在第一轮遍历中能够加入到newFiberList
的节点有两种:
- 可以直接复用的节点;
- key相同但type不同的节点;
newChildren
遍历完了,但oldFiber
还没遍历完
我们再次假设加入到newFiberList
中所有节点都可以是可以直接复用的,这次就和我们之前讨论过的删除节点的场景是一致的了。
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>//新
<div key="a">a</div>
此时newChildren
节点都已经找到了可复用的节点,我们需要遍历剩下的oldFiber
,并标记上Deletion。
newChildren与oldFiber都没完成遍历
这意味着这次更新中有可能存在节点改变了位置。我们以前面提到的位置移动的例子来进行分析。
//旧
<div key="a">a</div>
<div key="b">b</div>
<div key="c">c</div>
<div key="e">e</div>//新
<div key="a">a</div>
<div key="c">c</div>
<div key="b">b</div>
<div key="e">e</div>
经过第一轮遍历后,key值为a的节点复用oldFiber
节点生成newFiber
节点,并加入到了newFiberList
中。在进行第二个节点的比较时,新节点c和旧节点b的key值不一致,此时我们会终止第一轮遍历,进入第二轮遍历。
由于可能存在移动的节点,所以节点的索引值不能够找出两个对应的节点,我们需要一个找到新旧节点对的方法。这时,节点的key
值就起作用了。我们前面提到:
开发者可以通过设置 key 属性,来告知渲染哪些子元素在不同的渲染下可以保存不变;
React会将还未处理的oldFiber节点存入以节点key为key,oldFiber为value的Map中。
//existingChildren 是一个以节点key为key,oldFiber为value的Map
const existingChildren = mapRemainingChildren(returnFiber, oldFiber);
然后继续遍历newChildren
序列,并通过newChildren
节点的key来查询existingChildren
中是否存在key相同的oldFiber
节点。
接下来我们需要通过第二轮遍历去标记哪些节点可以复用,哪些节点需要移动。此时我们需要一个参照索引来判断节点是否需要移动。
我们以newFiberList
中最靠右的节点对应的oldFiber
在oldFiber
链表中的位置索引oldIndex
作为参照索引,并使用lastPlacedIndex
表示参照索引。
上面分析的例子中,在结束第一轮遍历后,lastPlacedIndex就是newFiberList
的最右一个节点a的oldIndex
,也就是0。
然后开始第二轮的遍历
newChildren
节点c
newChildren
节点c通过existingChildren
查询到了oldFiber
节点c,发现oldFiber
节点c的索引oldIndex
为 2
,大于lastPlacedIndex=0
。
由lastPlacedIndex
的定义可知,若当前的oldIndex
大于lastPlacedIndex
,意味着oldFiber
节点c的位置是在newFiberList
的最右一个节点对应的oldFiber
节点的右边。同时,由于newChildren
序列是按顺序遍历的,所以当前的newChildren
生成的newFiber
节点一定是在newFiberList
的最右一个节点对应的newFiber
节点的右边。因此,节点c更新前后的位置没有发生。
此时,因为节点c的oldIndex
> lastPlacedIndex
,所以我们把lastPlacedIndex
的值更新为节点c的oldIndex=2
。同时把节点c生成的newFiber
加入到newFiberList
中,继续遍历。
newChildren
节点b
newChildren
节点c通过existingChildren
查询到了oldFiber
节点c,发现oldFiber
节点c的索引oldIndex
为 1
,小于lastPlacedIndex=2
。oldFiber
节点b的位置是在newFiberList
的最右一个节点对应的oldFiber
节点的左边。但newChildren
节点b生成的newFiber
节点一定是在newFiberList
的最右一个节点对应的newFiber
节点的右边的。因此,节点b更新前后的位置会发生变化。
此时,因为节点b的oldIndex
< lastPlacedIndex
,所以lastPlacedIndex
不变,并把节点b生成的newFiber
标记Placement
,表示该节点更新前后的位置会发生变化,最后把newFiber
加入到newFiberList
中,继续遍历。
newChildren
节点d
newChildren
节点d通过existingChildren
查询到了oldFiber
节点d,发现oldFiber
节点d的索引oldIndex
为 3
,大于lastPlacedIndex=3
。 处理逻辑与节点c一致,不再展开。
diff完成,我们也得到了该层级中完整的newFiberList
,作为workInProgress fiber tree
在该层级的fiber
节点。
我再来看看另一个例子
//旧
A->B->C->D//新
A->D->B->C
我们可以看到,节点D时不会移动的,只有当节点需要向左移动时(本例子中就是节点B、节点C),节点的位置才会发生变更,因此我们要尽量减少将节点从后面移动到前面的操作。
reconcileChildrenArray
的具体实现
最后我们来看看reconcileChildrenArray
是如何实现上面的逻辑的。
/* * returnFiber:当前层级的节点的父节点,即currentFirstChild的父级fiber节点* currentFirstChild:当前层级的第一个current fiber节点* newChildren:当前层级的ReactElement节点* lanes:优先级相关* */function reconcileChildrenArray(returnFiber: Fiber,currentFirstChild: Fiber | null,newChildren: Array<*>,lanes: Lanes,): Fiber | null {//..// workInProgress fiber tree在此层级的第一个fiber节点,即该层级上在fiber.sibling方向的链表的头节点,在上面的分析中我们使用newFiberList来表示此序列let resultingFirstChild: Fiber | null = null;// previousNewFiber用来将后续的新生成的workInProgress fiber连接到newFiberList中let previousNewFiber: Fiber | null = null;// oldFiber节点,用于访问workInProgress fiber tree在此层级上在fiber.sibling方向的链表let oldFiber = currentFirstChild;// 用于存储newFiberList中最右边的节点在oldFiber链表中的indexlet lastPlacedIndex = 0;// 存储遍历到newChildren的索引let newIdx = 0;// 存储当前oldFiber的下一个节点let nextOldFiber = null;// 第一轮遍历for (; oldFiber !== null && newIdx < newChildren.length; newIdx++) {if (oldFiber.index > newIdx) {nextOldFiber = oldFiber;oldFiber = null;} else {nextOldFiber = oldFiber.sibling;}// 尝试生成新的节点,如果key不同, 返回null,key相同, 再比较type是否一致。type一致则执行useFiber(update逻辑),type不一致则运行createXXX(insert逻辑)const newFiber = updateSlot(returnFiber,oldFiber,newChildren[newIdx],lanes,);if (newFiber === null) {// newFiber为 null说明节点不可复用,中断当前遍历if (oldFiber === null) {oldFiber = nextOldFiber;}break;}if (shouldTrackSideEffects) {// shouldTrackSideEffects 为true 代表当前为update阶段if (oldFiber && newFiber.alternate === null) {// 此时为key相同但type不同,newFiber.alternate为空,删除掉oldFiberdeleteChild(returnFiber, oldFiber);}}//更新记录lastPlacedIndexlastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx);//将newFiber添加到newFiberList中if (previousNewFiber === null) {resultingFirstChild = newFiber;} else {previousNewFiber.sibling = newFiber;}previousNewFiber = newFiber;oldFiber = nextOldFiber;}if (newIdx === newChildren.length) {// newChildren遍历完了,删除oldFiber链中未遍历的节点deleteRemainingChildren(returnFiber, oldFiber);//...//结束此次diffreturn resultingFirstChild;}if (oldFiber === null) {// oldFiber遍历完了,新增newChildren未遍历的节点到newFiberList中for (; newIdx < newChildren.length; newIdx++) {const newFiber = createChild(returnFiber, newChildren[newIdx], lanes);if (newFiber === null) {continue;}lastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx);if (previousNewFiber === null) {resultingFirstChild = newFiber;} else {previousNewFiber.sibling = newFiber;}previousNewFiber = newFiber;}//...//结束本次diffreturn resultingFirstChild;}// newChildren和oldFiber都没有遍历完,将oldFiber剩余序列加入到一个map中,在第二次遍历的过程中能够通过key值找到对应的oldFiberconst existingChildren = mapRemainingChildren(returnFiber, oldFiber);// 第二轮遍历for (; newIdx < newChildren.length; newIdx++) {const newFiber = updateFromMap(existingChildren,returnFiber,newIdx,newChildren[newIdx],lanes,);if (newFiber !== null) {if (shouldTrackSideEffects) {if (newFiber.alternate !== null) {// 如果newFiber是通过复用创建的, 则清理map中对应的老节点existingChildren.delete(newFiber.key === null ? newIdx : newFiber.key,);}}// 判断当前节点是否需要改变位置,并更新记录lastPlacedIndexlastPlacedIndex = placeChild(newFiber, lastPlacedIndex, newIdx);// 添加newFiber到newFiberList中if (previousNewFiber === null) {resultingFirstChild = newFiber;} else {previousNewFiber.sibling = newFiber;}previousNewFiber = newFiber;}}if (shouldTrackSideEffects) {//删除未遍历的oldFiberexistingChildren.forEach(child => deleteChild(returnFiber, child));}//...//结束本次diffreturn resultingFirstChild;}//此函数用于记录节点在此次更新中是否需要移动,并返回新的lastPlacedIndex function placeChild(newFiber: Fiber,lastPlacedIndex: number,newIndex: number,): number {newFiber.index = newIndex;//...const current = newFiber.alternate;if (current !== null) {const oldIndex = current.index;if (oldIndex < lastPlacedIndex) {// 此节点需要移动newFiber.flags |= Placement;return lastPlacedIndex;} else {// 此节点不需要移动,返回oldIndex作为lastPlacedIndex的值return oldIndex;}} else {// 这是插入的逻辑newFiber.flags |= Placement;return lastPlacedIndex;}}
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